成果詳細(xì)介紹

成果詳細(xì)介紹一、基本情況成果名稱基于腦電意念的弱勢(shì)人群智慧健康關(guān)懷系統(tǒng)成果名稱基于腦電意念的弱勢(shì)人群智慧健康關(guān)懷系統(tǒng)圖1智能家居系統(tǒng)圖輪椅前進(jìn)輪椅后退輪椅左轉(zhuǎn)輪椅右轉(zhuǎn)圖2智能輪椅系統(tǒng)圖圖1智能家居系統(tǒng)圖輪椅前進(jìn)輪椅后退輪椅左轉(zhuǎn)輪椅右轉(zhuǎn)圖2智能輪椅系統(tǒng)圖二、成果簡(jiǎn)介對(duì)于弱勢(shì)人群服務(wù)的人性化、信息化和智能化一直是智慧城市和智慧健康建設(shè)的重要內(nèi)容。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用普及以及腦電技術(shù)的興起，構(gòu)建基于可穿戴設(shè)備和腦電控制器的行為識(shí)別與意念分析的智慧健康應(yīng)用已成為未來研究的熱點(diǎn)，其技術(shù)突破將為殘疾人群智慧健康關(guān)懷的需求感知問題提供應(yīng)用解決方案。本項(xiàng)目主要利用腦電波控制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)肢體殘障人士、行動(dòng)不便的老人智能健康護(hù)理，旨在為老弱病殘?jiān)械热鮿?shì)群體提供更加便捷的生活環(huán)境。我們開發(fā)一套基于腦電意念的弱勢(shì)人群智慧健康關(guān)懷系統(tǒng)。本系統(tǒng)分為兩部分，分別是智能家居和智能輪椅。智能家居主要方便弱勢(shì)人群的日常生活，智能輪椅主要用于弱勢(shì)人群的行走便捷。如下圖分別是智能家居和智能輪椅的系統(tǒng)流程圖：圖1為智能家居的系統(tǒng)流程圖，主要通過受試者頭戴EmotivInsight腦電設(shè)備來采集到原始腦電數(shù)據(jù)集，利用USBDongle進(jìn)行PC端數(shù)據(jù)接收，然后進(jìn)行預(yù)處理和特征提取。特征提取后可以根據(jù)算法計(jì)算出專注度和檢測(cè)出眨眼，再結(jié)合陀螺儀的數(shù)據(jù)，可以發(fā)送控制指令給STM32單片機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)

智能家居系統(tǒng)的控制。圖2為智能家居的系統(tǒng)流程圖，本系統(tǒng)使用SSVEP方案，實(shí)現(xiàn)腦電意念對(duì)電動(dòng)輪椅的控制。對(duì)于電動(dòng)輪椅，采用快速傅里葉變換(FFT)和小波分析(WA)結(jié)合主成分分析法(PCA)處理和分析穩(wěn)態(tài)視覺誘發(fā)電位，產(chǎn)生腦電信號(hào)的頻譜特性，根據(jù)該頻譜特性的不同對(duì)信號(hào)進(jìn)行分類，并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的控制命令來控制電動(dòng)輪椅，實(shí)現(xiàn)前后左右四個(gè)前進(jìn)方向的控制。龍魅一*心。o■光1址;曲7林手?啟開美4WW口殖口善認(rèn)7蜓點(diǎn)好灑:矢虹光：美機(jī)蚌無F職專遷磨0駕ffimi作中無圖3智能家居軟件系統(tǒng)圖圖4智能家居實(shí)物圖圖5腦電控制智能輪椅圖3是智能家居軟件系統(tǒng)圖，通過佩戴腦電設(shè)備可以輕松地控制鼠標(biāo)的移動(dòng)，進(jìn)而控制各種家居設(shè)備；圖4是智能家居對(duì)應(yīng)的實(shí)物圖；圖5是受試

者通過佩戴我們購買的另一款腦電設(shè)備EmotivEpoc+來控制輪椅的刖后左右移動(dòng)，方便弱勢(shì)人群移動(dòng)行走。創(chuàng)新要點(diǎn)應(yīng)用創(chuàng)新目刖，國外的腦電波產(chǎn)品性能較好但價(jià)格高昂，且大多應(yīng)用在游戲、教育等領(lǐng)域，在醫(yī)療領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用并不多見，國內(nèi)的民用產(chǎn)品控制方式較為單一，較少應(yīng)用人工智能和深度學(xué)習(xí)的訓(xùn)練方法，腦電設(shè)備的實(shí)際性能較差，因此迫切需要研發(fā)高性能且具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)和產(chǎn)品?；谝陨纤?，將腦電波技術(shù)專門應(yīng)用于殘疾人群健康關(guān)懷的產(chǎn)品并不多見，技術(shù)和市場(chǎng)均有待成熟和完善，仍然存在大規(guī)模的研發(fā)空間，本項(xiàng)目能夠切實(shí)幫助那些手腳有殘疾、身體癱瘓、患有漸凍癥等殘障人群，具有實(shí)際的意義和較高的商業(yè)價(jià)值。技術(shù)創(chuàng)新當(dāng)刖市面上絕大多數(shù)輪椅均采用手動(dòng)或者搖桿系統(tǒng)控制的方式，控制方式較為單一，對(duì)于那些手腳有殘疾、身體癱瘓、患有漸凍癥等殘障人群，根本無法使用傳統(tǒng)輪椅實(shí)現(xiàn)身體的移動(dòng)。本項(xiàng)目產(chǎn)品創(chuàng)新之處在于腦電波技術(shù)應(yīng)用到醫(yī)療系統(tǒng)上，創(chuàng)造性地將腦電波技術(shù)與普通輪椅結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)能夠使用腦電來控制的新型智能輪椅系統(tǒng)，彌補(bǔ)了當(dāng)前可穿戴腦電技術(shù)在醫(yī)療系統(tǒng)應(yīng)用上的空白，較大地提高了腦電技術(shù)的實(shí)用性，能夠切實(shí)幫助手腳殘疾、身體癱瘓、患有漸凍癥等殘疾人群。技術(shù)指示STM32技術(shù)指標(biāo)STM32F401RET6微控制器，基于ARMCortex-M4處理器，，最高支持84MHz主頻微控制，支持對(duì)外部微控制器調(diào)試。3個(gè)LED：一個(gè)USB通訊LED、一個(gè)電源LED、一個(gè)用戶LED；兩個(gè)機(jī)械按鍵：復(fù)位、用戶。USB接口的3個(gè)不同功能：虛擬串口、容量存儲(chǔ)、調(diào)試接口3種不同供電方式：miniUSB接口供電、IO引腳用電、通過ArduinoUNOR3Shield接口供電。通過一系列的串口實(shí)現(xiàn)各種硬件設(shè)備的控制。支持Keil、IAR、embed在線IDE的設(shè)計(jì)工具。藍(lán)牙模塊技術(shù)指標(biāo)本系統(tǒng)中無線通訊采用藍(lán)牙4.0技術(shù)，藍(lán)牙4.0為藍(lán)牙3.0的升級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。它支持兩種部署方式：雙模式和單模式。雙模式中，低功耗藍(lán)牙功能集成在現(xiàn)有的經(jīng)典藍(lán)牙控制器中，或再在現(xiàn)有經(jīng)典藍(lán)牙技術(shù)芯片上增加低功耗堆棧，整體架構(gòu)基本不變，因此成本增加有限。單模式面向高度集成、緊湊的設(shè)備，使用一個(gè)輕量級(jí)連接層(LinkLayer)提供超低功耗的待機(jī)模式操作、簡(jiǎn)單設(shè)備恢復(fù)和可靠的點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸，還能讓聯(lián)網(wǎng)傳感器在藍(lán)牙傳輸中安排好低功耗藍(lán)牙流量的次序，同時(shí)還有高級(jí)節(jié)能和安全加密連接。腦電設(shè)備采集到原始腦電數(shù)據(jù)后采用無線藍(lán)牙技術(shù)將數(shù)據(jù)傳輸至藍(lán)牙接收器上，PC端進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，將處理結(jié)果轉(zhuǎn)換為嵌入式控制指令，通過無線藍(lán)牙的方式將控制指令發(fā)送至控制設(shè)備上。主從一體：主機(jī)模式下可以跟手機(jī)藍(lán)牙，筆記本藍(lán)牙和藍(lán)牙從機(jī)模塊相連；從機(jī)模式下可以跟手機(jī)藍(lán)牙和筆記本藍(lán)牙相連。從機(jī)：作為從機(jī)使用，可以跟跟手機(jī)藍(lán)牙，筆記本藍(lán)牙和藍(lán)牙主機(jī)模塊相連；適合于單片機(jī)UART/SCI口控制。不可直接接RS232口。

默認(rèn)通信速率：9600供電：DC3.3-5.5V傳輸距離：視距10米左右。3)16路舵機(jī)控制技術(shù)指標(biāo)16路不帶開關(guān)舵機(jī)控制板，體積小巧，適合外接開關(guān)。黃色為常用0-7路不帶過載保護(hù)舵機(jī)接口、紅色8-15路為帶過載保護(hù)的舵機(jī)接口、綠色為外接單片機(jī)/藍(lán)牙/串口接口。D1為舵機(jī)供電燈、D2為主板供電/通訊燈。其他潮，圖6EmotivInsightEMOTlVEpoc-b言圖7EmotivEpoc+圖6是智能家居使用的腦電設(shè)備EmotivInsight，它搭載了5個(gè)腦電波傳感器，即具有五個(gè)電極通道，分別為AF3、T7、Pz、T8、AF4。通過分析人體的腦電波活動(dòng)和表情，向電腦傳輸指令代碼，可支持Windows系統(tǒng)、MacOSX、Linux、iOS和Androi